Este trabalho apresenta uma caracterização experimental dos efeitos da curvatura e pressurização na resistência residual de laminados compósitos submetidos à compressão após impacto (Compression After Impact - CAI). Laminados de carbono epóxi foram fabricados com três diferentes curvaturas (k=0,01 m-1, k=0,005 m-1, k=0 m-1) e posteriormente impactados em três diferentes níveis de energias denominadas (baixa, média e alta). Os ensaios de impacto foram realizados no laboratório de estruturas aeronáuticas do ITA utilizando uma torre de impacto em queda livre. Após os ensaios de impacto os laminados forma inspecionados com tecnologia ultrassônica a fim de caracterizar o dano. Um dispositivo de CAI foi projetado e fabricado para avaliar a tolerância ao dano dos laminados compósitos submetidos a cargas de impacto. Os resultados experimentais indicam que a resistência residual à compressão dos laminados curvos foi significamente afetada pela curvatura do laminado. Modelos teóricos foram propostos para prever a resistência residual a compressão após impacto e validados com os resultados experimentais.

O objetivo deste estudo é analisar o comportamento de flambagem e pós-flambagem de painéis reforçados feitos de laminado fibra-metal sob um carregamento de cisalhamento puro através de modelos de elementos finitos. Tais painéis são avaliados com diferentes configurações, variando as especificações de empilhamento e espessuras. Para melhor compreender o comportamento do laminado fibra-metal, as análises são realizadas também para um alumínio monolítico, material comumente utilizado nas aeronaves, e os resultados obtidos são comparados. Neste trabalho, é possível observar que o laminado fibra-metal apresenta melhor desempenho para a carga crítica de flambagem e também é melhor na comparação da carga crítica de falha na pós-flambagem. Para a pós-flambagem, nas configurações de placa mais espessas, o laminado fibra-metal têm um desempenho inferior ao do alumínio monolítico.

O objetivo deste estudo é propor um modelo em elementos finitos e analisar o comportamento de flambagem e pós-flambagem de painéis laminados fibra-metal, FML - "fiber-metal laminate". A análise é feita para painéis simplesmente apoiados com diversas dimensões e especificações de empilhamentos. Esta tese apresenta solução numérica via elementos finitos, através de análise de flambagem e análise não-linear, usando o NASTRAN. Todos os resultados obtidos para os painéis de FML são comparados com a mesma estrutura em alumínio monolítico. Foi possível observar que o FML tem maior carga de flambagem no primeiro modo de flambagem em relação ao painel de alumínio monolítico de mesma massa. Entretanto os painéis estudados de alumínio monolítico apresentaram maior carga de falha na pósflambagem.

A aplicação de materiais compósitos em estruturas aeronáuticas extraindo-se sua máxima capacidade de resistir a fenômenos mecânicos não é tarefa simples. Muito das dificuldades são oriundas das características não lineares da formulação das matrizes da relação constituinte do material compósito originadas das relações trigonométricas para determinação dos termos das matrizes de rigidez do material. Tais dificuldades são notórias em diversas publicações abordando processos de otimização de materiais compósitos. Contudo, uma abordagem mais simples é passível de ser explorada através dos parâmetros de laminação. A aplicação de tal conceito aliado à utilização de algoritmo robusto e eficiente, assim como do conceito de bancos de laminados para determinação das regiões viáveis de projetos permite a otimização de estruturas aeronáuticas perante os fenômenos de impacto transversal e flambagem linear. No primeiro caso, impacto transversal, é proposto a utilização de equações fechadas para a solução do problema de impacto transversal de baixa massa. Códigos FORTRAN são utilizados para realizarem a otimização para diferentes espessuras de placas laminadas. Apesar de apresentar limitações de utilização, as equações fechadas demonstram-se como uma boa ferramenta, especialmente, na determinação do número de camadas mínimo para resistir ao fenômeno de impacto. No caso da otimização da carga de flambagem, códigos FORTRAN são utilizados aliados ao software ABAQUS para a solução do problema de flambagem linear via solução do problema de autovalor. Um metamodelo linear é utilizado para a estimativa das funções objetivo. O processo demonstra-se muito robusto e eficiente na determinação do ótimo global para problemas de flambagem linear de placas laminadas sujeitas a cargas uniaxiais.

Este trabalho tem como objetivo desenvolver duas novas propostas de reparos estruturais em juntas mecânicas de compósitos laminados tipicamente utilizadas na indústria aeronáutica. Tratam-se de juntas de laminado de carbono com furos deslocados. Em um dos métodos foi utilizado um elemento metálico instalado na região afetada pelo deslocamento da furação. A outra proposta consiste na adesão de batoques de laminados compósitos pré-fabricados aderidos nas faces da junta. Ensaios de bearing (esmagamento) e pull-out (arrancamento) foram realizados na temperatura ambiente (RTA - room temperature ambient) e úmida elevada (ETW - elevated temperature wet) de forma a comprovar a eficiência destes reparos. Na temperatura ambiente, as propostas de reparos com adição de elementos metálicos e com utilização de batoques laminados apresentaram resistências mecânicas equivalentes a 82% e 78% do laminado original, respectivamente. Na condição ambiental úmida e elevada, mostraram resultados equivalentes a 80% e 68% do laminado original, respectivamente.

O presente trabalho consiste no aprimoramento de formulação do Método dos Elementos Finitos (MEF) para barra geral laminada tridimensional pela consideração da cinemática de empenamento para seção qualquer. Desenvolve-se um código computacional para se solucionar o empenamento, considerando-se uma derivada do giro em relação ao eixo longitudinal de valor unitário, do problema de torção livre de Saint-Venant para uma seção transversal de geometria qualquer, homogênea e não-homogênea. Posteriormente o código desenvolvido é adaptado de forma a ser acoplado a um programa com formulação de barra geral tridimensional laminada, que segue a cinemática de Reissner-Timoshenko generalizada, enriquecendo-o com a consideração do empenamento. A primeira contribuição significativa do desenvolvimento do trabalho é a inclusão de geometrias quaisquer para a seção transversal, possibilitando, por exemplo, a consideração de núcleos estruturais mistos em edifícios, abertos e fechados por trechos. A segunda contribuição é referente à consideração de material laminado, possibilitando considerar núcleos estruturais de materiais compostos. Exemplos gerais são resolvidos para a verificação e validação da formulação proposta e implementada. / In the present work an improved finite element formulation for the analysis of three-dimensional laminated bars is presented. The improvement is made by introducing the warping mode into the previous model that follows a general Reissner-Timoshenko kinematics hypotesis. In order to do so, a two-dimensional code is developed, based on Saint Venant\'s torsion problem; to find the warping mode for any considered cross-section, including non-homogeneous material. Each warping mode is achieved for unitary rotation by unit of length. This warping mode is weighted by a new parameter, the intensity of warping, and then added to the Reissner-Timoshenko kinematics, resulting into the enhanced formulation. The existent computational code is modified accordingly to this new kinematics and tested regarding its capacity of reproducing analytical results for Saint-Venant torsion and Vlasov bending-torsion theories. Some results for laminated cross sections are also provided. It is worth stressing that the main contributions of this work are two. The first is the consideration of warping for general 3D bars with any cross section, i.e., not limited to thin-walled cross sections. The second is the consideration of laminated materials for any cross section.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:42:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JULIANO Swiech Ciesielski.pdf: 2201955 bytes, checksum: acf9e0e88f80e1076d0bd050b2d0f0a7 (MD5) Previous issue date: 2012-07-31 / Many of the compounds multilayers are manufactured from advanced ceramic compositions, which seeks higher mechanical performance, the manufacture of these compositions based materials, ceramic structural has been little studied. Aiming to increase the fracture energy in ceramics traditional was investigated in this study the mechanical behavior of a multilayer system formed by stacking mullite and monoporosa. The mullite is an important raw material used in the manufacture of refractory ceramic for structural, because the physical and mechanical properties at high temperatures as high melting point, low expansion, fracture toughness and thermal shock that, high resistance fluency and low dielectric constant. The monoporosa has a high resistance which gives excellent mechanical and chemical properties and is widely used as coating mass on floors and re-investments outer. The increase in fracture energy was determined by comparing the curves of three point bending of the multilayer system with its monolithic references. The fractures were characterized by optical microscopy and MEV for microstructure analysis was carried out X-ray diffraction. Samples developed were evaluated multilayer reference to the materials employed in the formation of each layer in relation to these reference strains were obtained averages to 2.58 times larger and fracture energies of up to 7 times larger. / Muitos dos compostos multicamadas são fabricados a partir de composições de cerâmica avançada, em que se busca elevado desempenho mecânico, a fabricação destes materiais a base de composições de cerâmicas estruturais tem sido muito pouco estudado. Com o objetivo de aumentar a energia de fratura em cerâmicas tradicionais, foi pesquisado nesse trabalho o comportamento mecânico de um sistema multicamadas formado pelo empilhamento de mulita e monoporosa. A mulita é uma importante matéria-prima utilizada na fabricação de refratário para cerâmicas estruturais, devido as propriedades físicas e mecânicas a altas temperaturas como alto ponto de fusão, baixa expansão, resistência a fratura e ao choque térmico, alta resistência a fluência e baixa constante dielétrica. A monoporosa possui uma alta resistência o que confere excelentes propriedades mecânicas e químicas, sendo muito utilizado como massa de revestimento em pavimentos e revestimentos exteriores. O aumento na energia de fratura foi determinado comparando as de curvas de flexão em três pontos do sistema multicamadas com as de suas referências monolíticas. As fraturas foram caracterizadas por microscopia óptica e MEV, para análise da microestrutura realizou-se difração de raios X. As amostras multicamadas desenvolvidas foram avaliadas tomando como referência os materiais empregados na constituição de cada camada, em relação a estas referencias foram conseguidas deformações médias de até 2,58 vezes maiores e energias de fratura de até 7 vezes maiores.

Orientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Coorientador: Mauricio Vicente Donadon / Banca: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Banca: Antonio Carlos Ancelotti Júnior / Banca: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Sérgio Roberto Montoro / Resumo: Os materiais compósitos em fibra de carbono são largamente empregados no setor de transporte aéreo e vem crescendo em outros setores. Esses materiais, porém ainda apresentam susceptibilidade à delaminação, devido à baixa resistência a carregamentos fora do plano, tornando-se força motriz para a redução da vida em fadiga de compósitos laminados. Devido à importância desse tipo de dano, esta pesquisa visa entender os mecanismos que geram delaminações em compósitos tramados (biaxiais), utilizando-se o conceito energético de Griffith da mecânica da fratura linear elástica, como parâmetro de controle da delaminação. Portanto, o objetivo deste trabalho é entender a interação dos modos de propagação I e II, bem como as frações de cada modo na delaminação em fadiga axial tração-tração (denominado modo misto), em corpos de prova planos. Para isso, foram estudados os modos puros I (DCB) e II (ENF) de propagação de trinca nos compósitos processados, além de se comparar a região que delimita a propagação estável com o modo misto, o qual exigiu estudos de uma geometria apropriada para a obtenção de delaminação bem definida. Para a decomposição dos modos que agem na fadiga axial, foram aplicados critérios de falha nos dados experimentais. O ensaio de fadiga, para todos os modos de propagação, foi conduzido à razão de carga de 0,1, frequência de 5 Hz e os dados de taxa de propagação versus energia de deformação foram ajustados por uma lei empírica, previamente estudada e comparada com os mecanismos de delaminação por análise fractográfica. Os resultados mostraram que a força motriz para delaminação possui maior influência da tenacidade à fratura (GIc) e do carregamento máximo (Gmax), os quais foram adaptados na lei de Paris para delaminação estável. Para o modo misto, constatou-se que a geometri ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Carbon fiber composite materials are currently widely employed in air transportation as structural components in Boeing 787 Dreamliner, which has around 80% (v/v) in composite. However these materials are susceptible to delamination due to low strength in through-the-thickness direction which is the driving force to reduce the fatigue life. Considering the importance of delamination, the aim of this research is to have a clear understanding of this type of damage in woven composites by using the Griffith energy approach of the linear elastic fracture mechanics as a delamination parameter. The aim of this work was to achieve insight into the interaction process of crack propagation modes I and II, and mainly to determine the mode fractions in the delamination process of tension-tension axial fatigue tests. For the mode decomposition process from axial fatigue tests, it was employed two failure criteria. In order to obtain it, the crack growth rate associated with pure modes I and II delamination were compared with the behavior of a specimen subjected to in-plane tension-tension cyclic loading that exhibits a mixed delamination mode for which needed an appropriate specimen geometry to generate a sharp delamination front. Fatigue test in all modes of propagation were conducted with a loading ratio of 0,1 and a frequency of 5 Hz. The crack growth rate versus energy release rate was described by an appropriate empirical power law which fits the experimental results and compared with delamination mechanisms observed by fractography. The results showed that the driving force for fatigue has major influence of GIc and Gmax based on the studied fractures, where both were considered in the Paris law. For the mixed mode, the geometry known as CLS had regions of crack propagation rate comparable to pure delamination modes in the stable propagation region which ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A utilização da madeira laminada colada (MLC) é uma alternativa viável para o aproveitamento de todo o potencial da madeira, apresentando uma série de vantagens. A ligação entre as lâminas, no entanto, tem papel fundamental para a boa qualidade de peças de MLC. Portanto, para um bom desempenho de estruturas de MLC, é fundamental a escolha de um adesivo com boa resistência mecânica e resistência à ação do intemperismo. Os adesivos comumente utilizados, além de terem alto custo, que chega a 60% do custo total da MLC, contêm solventes que são nocivos à saúde, além de terem coloração escura, o que mancha a madeira. O custo baixo é primordial no sentido de tornar esse material mais viável e competitivo quando comparado com outros materiais. Assim, esse trabalho teve como objetivo verificar a capacidade de carga ao cisalhamento no plano de cola de corpos de prova preparados com um adesivo sem solvente e contribuir para a melhoria de eficiência de vigas laminadas coladas. Foram verificados os efeitos da pressão de colagem (1,25; 2,50 e 5,00 MPa), da temperatura (27, 60 e 90°C) e do tempo de cura do adesivo (7 e 10 dias) na tensão no limite de resistência ao cisalhamento. A dose de adesivo utilizada foi de 200 g/m2. Numa segunda etapa foram obtidas a massa específica e a umidade das amostras já ensaiadas ao cisalhamento a fim de explicar a variabilidade dos resultados encontrados. A madeira utilizada para a confecção das peças foi o Eucalyptus grandis por ser uma espécie de grande potencial para usos múltiplos e porque suas propriedades físicomecânicas o tornam adequado também para fim estrutural. Concluiu-se que a temperatura de 90°C possibilitou os melhores valores de tensão de cisalhamento. A pressão de colagem e o tempo de cura do adesivo não influenciaram nessa importante propriedade mecânica. / The use of glu-lam is a viable alternative for exploitation of all wood potential presenting a series of advantages. The linking between layers however has a basic paper in glu-lam good quality. Therefore for a good performance of glu-lam structures it is fundamental the choice of an adhesive which has a great mechanics resistance and also resistance to the weather action. The adhesives usually used having high cost, that arrives 60% of glu-lam total cost beyond contain solvent that are harmful to health, having dark coloration what changes the wood natural color. Low cost is primordial to become this material more viable and competitive if compared with another materials. Thus, this search had as objective to verify the load capacity applied in the samples in shear strength test right in the glued surface and also contributing for efficiency improvement of beam-glu-lam. The glue used to prepare the samples was free of solvent. It were verified the effect of gluing pressure (1,25; 2,50 e 5,00 MPa), temperature (27, 60 e 90°C) and the adhesive time of cure (7 and 10 days)in the shear strength. The adhesive dose applied in the layers was 200g/cm2.In a second research step it were obtained the specific gravity and moisture content from the samples which were already tested to explain the variability that was observed. It was utilized Eucalyptus grandis wood for being a specie of enormous potential for multi purpose and because its physical and mechanical properties make it. Highest values of shear strength were obtained at the temperature of 90°C. The glue pressure and the adhesive curing time have no relevant influence on this important mechanical properties.

A utilização da madeira laminada colada (MLC) é uma alternativa viável para o aproveitamento de todo o potencial da madeira, apresentando uma série de vantagens. A ligação entre as lâminas, no entanto, tem papel fundamental para a boa qualidade de peças de MLC. Portanto, para um bom desempenho de estruturas de MLC, é fundamental a escolha de um adesivo com boa resistência mecânica e resistência à ação do intemperismo. Os adesivos comumente utilizados, além de terem alto custo, que chega a 60% do custo total da MLC, contêm solventes que são nocivos à saúde, além de terem coloração escura, o que mancha a madeira. O custo baixo é primordial no sentido de tornar esse material mais viável e competitivo quando comparado com outros materiais. Assim, esse trabalho teve como objetivo verificar a capacidade de carga ao cisalhamento no plano de cola de corpos de prova preparados com um adesivo sem solvente e contribuir para a melhoria de eficiência de vigas laminadas coladas. Foram verificados os efeitos da pressão de colagem (1,25; 2,50 e 5,00 MPa), da temperatura (27, 60 e 90°C) e do tempo de cura do adesivo (7 e 10 dias) na tensão no limite de resistência ao cisalhamento. A dose de adesivo utilizada foi de 200 g/m2. Numa segunda etapa foram obtidas a massa específica e a umidade das amostras já ensaiadas ao cisalhamento a fim de explicar a variabilidade dos resultados encontrados. A madeira utilizada para a confecção das peças foi o Eucalyptus grandis por ser uma espécie de grande potencial para usos múltiplos e porque suas propriedades físicomecânicas o tornam adequado também para fim estrutural. Concluiu-se que a temperatura de 90°C possibilitou os melhores valores de tensão de cisalhamento. A pressão de colagem e o tempo de cura do adesivo não influenciaram nessa importante propriedade mecânica. / The use of glu-lam is a viable alternative for exploitation of all wood potential presenting a series of advantages. The linking between layers however has a basic paper in glu-lam good quality. Therefore for a good performance of glu-lam structures it is fundamental the choice of an adhesive which has a great mechanics resistance and also resistance to the weather action. The adhesives usually used having high cost, that arrives 60% of glu-lam total cost beyond contain solvent that are harmful to health, having dark coloration what changes the wood natural color. Low cost is primordial to become this material more viable and competitive if compared with another materials. Thus, this search had as objective to verify the load capacity applied in the samples in shear strength test right in the glued surface and also contributing for efficiency improvement of beam-glu-lam. The glue used to prepare the samples was free of solvent. It were verified the effect of gluing pressure (1,25; 2,50 e 5,00 MPa), temperature (27, 60 e 90°C) and the adhesive time of cure (7 and 10 days)in the shear strength. The adhesive dose applied in the layers was 200g/cm2.In a second research step it were obtained the specific gravity and moisture content from the samples which were already tested to explain the variability that was observed. It was utilized Eucalyptus grandis wood for being a specie of enormous potential for multi purpose and because its physical and mechanical properties make it. Highest values of shear strength were obtained at the temperature of 90°C. The glue pressure and the adhesive curing time have no relevant influence on this important mechanical properties.